изменение спектра космических лучей из

XXXVI Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 9 – 13 февраля 2009 г.
ИЗМЕНЕНИЕ СПЕКТРА КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ИЗ-ЗА РОЖДЕНИЯ
ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ ПАР (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОДХОД).
В.П. Власов, Б.А. Трубников
ИЯС РНЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия, [email protected],
[email protected]
Частицы космических лучей (КЛ), имеющие энергию более пороговой E* ( 1018 эВ),
сталкиваясь с реликтовыми фотонами рождают электрон-позитронные пары. Из-за этого
процесса энергия заметной доли КЛ уменьшается, что приводит к увеличению в спектре
частиц с энергиями близкими к E* , и образованию в этой области спектра «горба». Справа к
этой области будет примыкать первоначальный спектр тех высокоэнергичных частиц, у
которых относительные потери энергии на пути от источника КЛ до Земли малы. Этих
частиц мало, поэтому переход в спектре от «горба» к этим частицам будет выглядеть как
обрыв спектра за «горбом». Обрыв принято называть пределом ГЗК, т.к. на его появление
впервые указали Грейзен, Зацепин и Кузьмин [1,2]. Горб и обрыв в спектре тем ярче
выражены, чем дальше от Земли находятся источники КЛ. Исследование спектра вблизи и за
пределом ГЗК дает информацию об источниках КЛ ультравысоких энергий и о возможных
механизмах их генерации.
Потери энергии частицами КЛ в процессе рождения пар при столкновениях с
реликтовыми фотонами описывается формулой
 re Z  mc T 
dE

f  
dx
 2 3c3
,
где  , re - постоянная тонкой структуры и классический радиус электрона, Z - заряд ядра,
m, , c - масса электрона, постоянная Планка и скорость света, T - температура фотонов,
  mc2  2 T  ,  - параметр Лоренца для ядра. Функция f   была ранее численно (ввиду
сложности выражения для сечения рождения пар) найдена Блюменталем в [3].
В настоящей работе мы даем вывод этой формулы для двух предельных случаев – вблизи
и вдали от порога рождения пар. В этих случаях выражение для сечения рождения пар
существенно упрощается, и для функции f   получается аналитическое выражение,
применяемое к спектрам КЛ:
1 3 
dN dE E
,
2
2
2
2
1
( 2  k )  2  k 2 
 q


(  - безразмерная энергия), полученным в наших работах [4,5], в которых рассматривался
импульсный и стационарный механизмы ускорения КЛ.
Работа выполнена при поддержке гранта Инициативных проектов в области
фундаментальных исследований РНЦ «Курчатовский институт» и гранта Президента РФ для
поддержки ведущих научных школ РФ (№НШ-9878.2006.2).
dN d 
Литература
[1].
[2].
[3].
[4].
[5].
Greisen K., Phys. Rev. Letters, 1966, 16, 748
Зацепин Г.Т., Кузьмин В.А., Письма в ЖЭТФ, 1966, 4, 78
Blumenthal E.R., Physical review D, 1970, V.1, №6, 1596
Власов В.П., Жданов С.К., Трубников Б.А., Письма в ЖЭТФ, 1989, 49, 581
Трубников Б.А., Власов В.П., ЖЭТФ, 2008, 134, 902
1